Rig – Hoisting System

Hoisiting system atau sistem pengangkat digunakan untuk menaikkan, menurunkan, atau menangguhkan peralatan dalam sumur. Derrick atau mast adalah menara baja di atas sumur yang mendukung crown block di bagian atas dan menunjang pemasangan pipa pemboran di dalam sumur. Jika menara didatangkan menggunakan tractor-trailer dan terpasang sebagai satu unit, maka itu adalah tipe mast. Semua rig darat menggunakan mast. Pada cantilevered mast rig, mast diangkut dalam bagian, dirakit secara horizontal, dan kemudian diputar ke posisi vertikal menggunakan traveling block dan drawworks di rig. Mast distabilkan oleh guywires yang memancar keluar dari bagian atas mast ke anchors di permukaan bumi. Jika menara tersebut dirakit secara vertikal di site, maka itu adalah tipe derrick. Semua rig lepas pantai menggunakan derrick. Derrick dan mast umumnya setinggi 80-187 ft dan mampu mengakomodasi dua, tiga, atau empat sendi pipa pemboran vertikal di tempatnya. Derrick dan mast memiliki penampang persegi dengan empat leg vertikal yang terbuat dari baja struktural. Bagian struktural horizontal di antara leg disebut girts. Bagian-bagian diagonalnya disebut brace. Bukaan berbentuk V yang terbalik di depan derrick atau mast yang disebut V-door memungkinkan pipa pemboran dan casing untuk ditarik ke lantai pemboran.

Hoisting System (Sumber : Hyne, 2012)

Derrick dan mast yang digolongkan berdasarkan beban pipa pemboran maksimum. Keduanya juga digolognkan berdasarkan badai angin dan umumnya dapat menahan badai angin dengan kecepatan 100-130 mil/jam. Dasar mast atau derrick merupakan permukaan baja datar di mana sebagian besar aktivitas pengeboran terjadi disebut drill floor, derrick floor, atau rig floor. Dua substruktur terbuat dari kerangka baja setinggi 10 sampai 30 ft dapat digunakan untuk menaikkan lantai bor di atas tanah. Hal ini dilakukan agar terdapat ruang untuk peralatan kepala sumur di bawah lantai bor seperti pencegah ledakan (BOPs) saat mengebor sumur.

Proses perangkaian mast (kiri) dan derrick (kanan) (Sumber : osha.gov dan offshore-technology.com)

Drilling line atau hoisting line terbuat dari anyaman kawat baja dengan diameter sekitar 3 cm. Line tersebut terdiri dari beberapa untai anyaman kawat baja yang melapisi serat inti atau baja inti. Ada beberapa cara untuk membuat hoisting line tergantung pada jenis inti, jumlah untaian di sekitar inti, dan kawat tunggal di tiap untaian.

Hoisting line digulung pada suatu kumparan pada poros horisontal dalam bingkai baja disebut drawworks yang berada di atas drill floor. Penggerak utama menggerakkan drawworks untuk menarik dan mengulur drilling line. Drawworks sering digolongkan berdasar masukan tenaga kuda yang umumnya berkisar dari 500 sampai 3.000 tenaga kuda. Gulungan kecil yang disebut catheads terpasang pada catshaft yang berjalan horizontal melalui drawworks. Catheads digunakan untuk menyambung dan melepaskan sambungan pipa pemboran.

Ilustrasi cathead (Sumber : http://ffden-2.phys.uaf.edu)

Di rig pengeboran, ada dua set roda (sheaves) pada poros horisontal di rangka baja yang disebut blocks. Drilling line dari drawworks berjalan di atas sheave di crown block yang tetap di bagian atas dari derrick atau mast. Drilling line kemudian turun ke sekitar sheave di traveling block yang digantung di derrick atau mast. Drilling line berjalan bolak-balik melalui sheave di crown block dan traveling block sebanyak 4 sampai 12 kali. Ujung drilling line dihubungkan dengan deadline anchor yang terletak di bawah drill floor. Setelah beberapa kali penggunaan, drilling line dipindahkan 30 ft. melalui anchor untuk mencegah keausan pada setiap tempat tertentu di sepanjang line. Di bawah traveling block terdapat hook untuk mencantelkan berbagai peralatan. Seiring drilling line digulung ke luar dari drawworks, maka traveling block dan hook akan turun di derrick atau mast untuk menurunkan peralatan di dalam sumur, dan sebaliknya.

Ilustrasi deadline anchor (Sumber : oilngasdrilling.com)

Tipe Sumur

Wildcat/exploratory well adalah sumur yang dibor untuk menemukan reservoir hidrokarbon baru. Sumur ini dapat dibor di area yang tidak ada produksi (new field exploratory well) atau menguji batuan reservoir baru yang tidak produksi di area produktif (new pool exploratory well), baik di kedalaman yang lebih dangkal (shallower pool test) atau yang lebih dalam (deeper pool test) dari kedalaman yang sudah produksi. Exploratory well juga dapat dibor untuk secara signifikan memperpanjang batas lapangan yang sudah ditemukan atau untuk memperpanjang batas reservoir yang sudah ditemukan (outpost test, extention test, atau step out well).

Wildcat well dibor minimal 3 km dari setiap sumur produksi. Jika sumur yang dibor tersebut produktif, maka sumur itu disebut discovery well di lapangan itu. Sesegera mungkin setelah penemuan, ukuran lapangan harus ditentukan. Jika lapangan tersebut berada di private fee land, maka harus ditentukan area mana yang perlu dibor untuk mempertahankan lease lapangan tersebut dan area mana yang dapat ditinggalkan. Jika lapangan tersebut berada di lepas pantai atau di area terpencil, maka ukuran lapangan perlu ditentukan untuk menghitung jumlah minyak dan gas yang dapat diproduksi (cadangan). Hal ini akan menentukan apakah lapangan tersebut cukup ekonomis untuk dikembangkan lebih lanjut. Ukuran lapangan ditentukan oleh step out well, delineation well, atau appraisal well yang dibor di sisi-sisi sumur produksi.

Appraisal well digunakan untuk menilai karakteristik (seperti laju alir, kuantitas cadangan) dari akumulasi hidrokarbon terbukti. Tujuan dari pemboran sumur ini yaitu untuk mengurangi ketidakpastian tentang karakteristik dan sifat dari hidrokarbon yang ada di lapangan. Production well dibor terutama untuk memproduksi minyak atau gas, setelah struktur dan karakteristik reservoir ditentukan. Abandoned well adalah sumur yang ditinggalkan karena hidrokarbon yang terproduksi sudah tidak menguntungkan. Pada umumnya, sebelum sumur ditinggalkan, casing yang terpasang dilepas dan dilakukan cementing di sepanjang lubang bor untuk mencegah migrasi fluida antar formasi.

Jika kontak minyak-air atau gas-air dapat ditemukan di keempat sisi dari discovery well, maka luas lapangan tersebut dapat ditentukan. Sumur yang dibor di area yang sudah dieksplorasi disebut development well. Sumur yang dibor di antara sumur produksi untuk meningkatkan tingkat produksi disebut infill well. 

Rig – Power System

Penggerak utama pada sistem daya (power) rig adalah mesin diesel yang memasok listrik ke rig dan biasanya terletak di belakang rig. Bahan bakar diesel disimpan dalam tangki dekat mesin. Sebagian besar daya digunakan oleh sistem pengangkatan (hoisting) dan sistem sirkulasi. Sebagian daya juga digunakan untuk sistem perputaran (rotating), lampu rig, dan motor lainnya.

Jumlah mesin yang digunakan tergantung pada ukuran rig dan kedalaman pengeboran. Setiap mesin digolongkan berdasar tenaga kuda dan konsumsi bahan bakar. Mesin-mesin tersebut umumnya mengembangkan 1.000 hingga 3.000 tenaga kuda (HP). Tenaga dari mesin diesel ditransmisikan ke rig mekanis dengan sistem katrol, sabuk, poros, roda gigi, dan rantai yang disebut compounder. Sebuah rig pengeboran yang digerakkan oleh mesin diesel dengan daya yang ditransmisikan oleh compounder disebut rig mekanik.

Rig-rig yang umum digunakaan saat ini yaitu rig diesel-listrik dengan mesin diesel digabungkan ke generator arus bolak (AC) atau arus searah (DC) yang memasok daya listrik melalui kabel listrik menuju rig. Peralatan lantai rig digerakkan dengan motor listrik AC atau DC yang lebih efisien.

Sumber : www.oilngasdrilling.com

Persiapan Site Pemboran

     Untuk memancang suatu sumur bor, surveyor menentukan lokasi dan elevasi sumur terlebih dahulu secara akurat. Peta site disiapkan dan didaftarkan ke lembaga pemerintah yang bersangkutan. Bulldozer dapat digunakan untuk membuat jalur akses ke site dan membersihkan serta meratakan site untuk dibuat drilling pad. Drilling pad adalah sistem yang digunakan untuk membuat banyak lubang bor hanya melalui 1  lokasi permukaan sumur saja.

Sumber : anadarko.com

    Drilling pad umumnya memiliki luas 4-6 acre dan ditutupi dengan kerikil. Sebelum ditutupi kerikil, dapat diletakkan papan terlebih dahulu jika permukaannya (tanah) basah. Sebuah tikar kayu, sering dibuat dalam ukuran 3 × 12 inci dapat disebar di permukaan untuk menyuport rig dan memperbaiki drainase. Rig adalah suatu rangkaian untuk membuat lubang bor menggunakan rotary drilling. Rig biasanya terdiri dari sistem pengangkatan, pemutaran, sirkulasi, pencegahan blow-out, dan tenaga. Sebuah lubang besar, yaitu reserve pit, digali dan dilapisi dengan plastik yang berada di sebelah rig pengeboran. Reserve pit akan menahan lumpur pemboran yang tidak dibutuhkan, hasil cutting, dan bahan lainnya dari sumur. Suplai air di lokasi pengeboran didapatkan dari pengeboran sumur air atau perancangan pipa air.

      Semakin dalam sumur, maka harus semakin besar dan kuat rig untuk menyokong pipa pemboran di lantai bor saat pipa ditarik keluar dari sumur. Setiap rig pengeboran dikategorikan berdasarkan kedalaman maksimum. Jika sumur dangkal (<3.000 ft), seluruh rig pengeboran diangkut oleh truk atau trailer. Ini adalah truck-mounted atau portable rig. Jika sumur lebih dalam, bagian-bagian rig (modul) akan diangkut oleh kendaraan tractor-trailer. Modul ini dirancang khusus agar dapat diangkut oleh truk dan dapat dirangkai dengan cepat di drillsite dengan pin besar yang dikencangkan menggunakan cotter pin.

      Untuk sumur dalam, rectangular pit (cellar) dapat digali dan dilapisi dengan papan atau semen. Cellar menyediakan ruang kosong di bawah lantai pemboran untuk pencegahan blowout. Di daerah yang sangat terpencil, digunakan helirig. Rig ini terbuat dari modul yang dirancang khusus agar dapat  diangkut oleh helikopter.

Sumber : Hyne, 2012

Joint Operating Agreements and Support Agreements

            Ada beberapa cara untuk mengembangkan area dengan budget terbatas dan/atau mengurangi dampak finansial dari pengeboran dry hole. Suatu perusahaan dapat membuat suatu joint operating agreement dengan satu/lebih perusahaan lain. Joint Operating Agreement (JOA) dapat dibuat untuk pengeboran satu sumur atau pengembangan area kerja yang lebih besar. JOA memuat hak & kewajiban tiap pihak termasuk pengeluaran yang menjadi tanggung jawab masing-masing pihak. Operator yang melaksanakan kegiatan operasional harian ditentukan. Setelah sumur dibor, JOA menentukan sistem pembagian hasil produksi bagi tiap pihak.

           Support Agreement atau Contribution Agreement dapat digunakan untuk membantu pengerjaan pemboran suatu sumur. Ada 3 tipe Support Agreement, yaitu :

1. Dry hole agreement, dimana suatu pihak menyetujui untuk mendanai jika sumur yang dibor pihak lain adalah dry hole. Sebagai gantinya, pihak yang mendanai akan menerima informasi geologi dan pemboran baik dari sumur produktif maupun yang dry hole
2. Bottom hole agreement, dimana suatu pihak menyetujui untuk mendanai suatu pihak untuk melakukan pemboran hingga kedalaman tertentu dengan imbalan mendapatkan informasi geologi dan pemboran dari sumur tersebut
3. Acreage agreement, dimana suatu pihak mendanai keseluruhan kegiatan pemboran yang dilakukan oleh pihak lain di suatu area dengan imbalan mendapatkan informasi geologi dan pemboran dari sumur-sumur di area tersebut .

Cable Tool Rig

Ketika sumur minyak komersial pertama di Amerika Serikat di Titusville, Pennsylvania dibor pada tahun 1859, sebuah cable tool rig digunakan. Cable tool rig telah digunakan selama ratusan tahun sebelumnya untuk mengebor air tawar atau air asin yang menguap untuk dijadikan garam.

Susunan cable tool rig relatif sederhana. Hoisting system terdiri dari sebuah menara dengan empat kaki disebut derrick (yang terbuat dari kayu) dengan tinggi 72-87 ft. Sebuah mesin, awalnya mesin uap, menyebabkan balok kayu (walking beam) berputar ke atas dan bawah pada Sampson post. Bit, batang baja padat dengan panjang 4 ft dan titik pahat di atasnya, ditangguhkan ke dalam sumur dari ujung Sampson post dengan tali atau kabel. Seiring dengan walking beam yang berputar naik dan turun, hal itu menyebabkan tali dan bit bergerak naik turun. Bit menumbuk sumur ke arah bawah membentuk lubang bor melalui penghancuran batuan. Tali atau kabel yang mengelilingi kumparan disebut bull wheel. Tali atau kabel berjalan dari bull wheel, di atas roda tunggal (crown block) di bagian atas derrick, kemudian turun ke temper screw pada ujung walking beam, dan akhirnya ke dalam sumur menuju bit. Seiring sumur ditumbuk lebih dalam, lebih panjang tali atau kabel yang digunakan dengan memutar temper screw.

Setelah pengeboran 3 sampai 8 ft, bagian bawah sumur menjadi tersumbat dengan kepingan bebatuan. Bit ini kemudian diangkat, dan bailer yang diturunkan ke dalam sumur pada garis pasir untuk mengangkut keping batuan dan air. Setelah bailer dinaikkan dan dikosongkan, bit dijalankan kembali ke dalam sumur untuk penumbukan lebih dalam. Casing berat diturunkan ke bawah sumur dari tali kawat yang mengelilingi calf wheel. Kawat tali berjalan melalui beberapa crown block di bagian atas derrick. Casing (pipa diameter besar) yang digunakan di dalam sumur untuk menjaga air agar tidak mengisi sumur dan untuk mencegah dinding lubang bor agar tidak caving. Peralatan yang lebih ringan, seperti bailer, dijalankan di dalam sumur pada garis pasir dari sand reel.

Cable tool drilling memiliki kecepatan pengerjaan yang sangat lambat, yaitu 25 ft/hari untuk rata-ratanya dan 60 ft/hari dikategorikan sangat baik. Hal tersebut menyebabkan tidak efektifnya kontrol tekanan bawah permukaan, dan blowout merupakan hal yang lumrah selama pengoperasian cable tool rig. Akan tetapi, semua lapangan yang ditemukan selama tahun 1800-an dibor menggunakan cable tool rig.

Sumber : Hyne, 2012

Rotary drilling rig yang menggantikan cable tool rig diperkenalkan di berbagai daerah di seluruh dunia dari 1895 ke 1930. Keuntungan terbesar dari rotary drilling rig adalah kecepatan pengeboran sumur jauh lebih cepat (beberapa ratus hingga beberapa ribu kaki per hari ). Akan tetapi, masih terdapat banyak masalah dan kekurangan pada rancangan rotary drilling rig awal, sehingga alat belum digunakan secara global pada waktu itu. Pada tahun 1950, jumlah pengguna cable tool rig dan rotary drilling rig di Amerika Serikat sama banyaknya. Saat ini, hampir semua sumur dibor dengan rotary drilling rig.